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1、项目六 柴油机冷却系统,6. 1概述 6 .2冷却系统的组成及工作原理 6. 3冷却系统零部件 6. 4冷却液的故障诊断与检修,返回,6. 1概述,发动机冷却系统的主要任务是使工作中的发动机维持正常的工作温度。发动机在工作中，气体燃烧产生的部分热量不可避免地传给发动机机体，从而使得发动机机体温度升高，充气系数下降，影响发动机的动力性;同时，过高的温度会使润滑油黏度下降，导致发动机润滑不良;高温使机件之间的配合间隙过小，影响发动机的正常工作，因此必须对发动机进行适度的冷却。发动机温度过低，对发动机的正常工作也是不利的。发动机的冷却强度可以根据发动机工作温度进行调节，以维持发动机适宜的工作温度。,
2、返回,6. 2冷却系统的组成及工作原理,6. 2. 1冷却系统的组成 如图6-1所示，柴油机冷却系统的组成如下所述。 水套:水套分为缸体水套和缸盖水套，其中缸体水套是缸体与缸套之间的空腔，缸盖的空腔形成缸盖水套;缸盖水套主要分布在燃烧室的周围。缸体水套与缸盖水套通过小孔连通。 分水管:有些发动机设有分水管，分水管的入口与水泵出水口连通，管体插入缸体水套内。管体上的出水口将冷却液均匀分布于水套内，以便对所有汽缸进行均匀冷却。,下一页,返回,6. 2冷却系统的组成及工作原理,水泵:水泵固定于发动机缸体的前端，由发动机曲轴通过V形带驱动。水泵的进水口通过软管与散热器下水室连通，水泵的出水口直接与分水
3、管或者水套连通。 散热器:散热器位于发动机前端，用来对冷却液进行散热。散热器的上水室通过软管与发动机缸盖上的缸盖水套出水口连通，下水室与水泵连通。 风扇:风扇位于散热器后端面与发动机缸体之间，以加强散热器对冷却液的散热能力。大多数载重汽车的风扇通过风扇离合器，由水泵带轮驱动。,上一页,下一页,返回,6. 2冷却系统的组成及工作原理,6. 2. 2冷却液的循环 冷却液的循环路线有以下两条。 大循环:从水泵输出的冷却液经分水管进入缸体水套，经缸体与缸盖之间的小孔进入缸盖水套。冷却液从汽缸壁和燃烧室吸收热量后，温度升高，经缸盖水套出水口进入出水管。出水管经过节温器、软管与散热器上水室连通，冷却液通过
4、节温器、软管进入散热器上水室。上水室内的冷却液经过散热器芯散热后，温度降低，进入散热器下水室。进入散热器下水室的冷却液在水泵的抽吸下，进入水泵，经水泵加压后重新进入水套。 小循环:当发动机温度较低时，从发动机水套流出的冷却液经节温器、旁通管直接进入水泵，并重新进入水套。由于没有经过散热器散热，冷却液的温度没有降低，以便发动机的工作温度尽快提高。,上一页,下一页,返回,6. 2冷却系统的组成及工作原理,6. 2. 3冷却强度的调节 冷却系统设有冷却强度调节装置，根据发动机的工作温度，调节冷却强度，使发动机维持在一个适宜的工作温度。冷却强度的调节通常有以下两种。 (1)调节冷却液的循环路线 根据冷
5、却液的温度，通过节温器调整冷却液的循环路线。如大循环、小循环和混合循环等。 (2)调节散热器的散热强度 根据发动机的工作温度，通过风扇离合器调整风扇转速，使通过散热器的空气流速、流量根据发动机的温度而变化，继而调节散热器的散热强度。,上一页,返回,6. 3冷却系统零部件,6. 3. 1水泵 水泵对冷却液进行加压，维持其在冷却系统内快速循环流动。发动机采用离心式水泵，结构简单，尺寸小，排水量大。 (1)离心式水泵的工作原理 离心式水泵由泵体，叶轮和进、出水管组成。进水管位于水泵中央，出水管位于水泵外缘，叶轮在外力带动下旋转。当叶轮旋转时，水泵中的冷却液随叶轮一起旋转、加压，在离心力的作用下，向叶
6、轮的边缘甩出，经出水管输出水泵。叶轮中央处由于压力降低，产生真空吸力，将散热器中的冷却液源源不断地吸入水泵。,下一页,返回,6. 3冷却系统零部件,(2)汽车发动机水泵结构 如图6 -2所示，泵壳分成泵腔和轴承座孔两部分。位于泵腔内的叶轮固定于水泵轴，水泵轴通过两个轴承支撑于泵壳轴承座孔内。在泵腔与轴承座孔之间，设有水封，防止泵腔的冷却液沿水泵轴渗漏而进入轴承座孔。 水泵轴的轴向定位与固定是通过向心推力轴承实现的。内侧轴承内圈的内侧抵住轴肩，两个轴承内圈之间设有隔离套筒，通过半圆键安装于水泵轴的皮带轮凸缘盘内侧抵住外侧轴承内圈，被螺母紧紧固定于水泵轴。上述结构使两个轴承的内圈固定于水泵轴上，内
7、侧轴承外圈被泵壳轴肩定位，阻止水泵轴向上、向内侧移动;外侧轴承外圈被卡环固定于壳体内，阻止水泵轴向上、向外侧移动。,上一页,下一页,返回,6. 3冷却系统零部件,(3)水泵的安装与连接 水泵进水管通过软管与散热器下水室连通，冷却液直接进入水泵腔室的中央部位。在水泵中央部位安装有管接头，通过旁通管与节温器副阀门连通。从副阀门流出的冷却液通过该管接头直接进入水泵腔室。水泵腔室后侧用泵盖封闭，泵盖上的出水口正对水泵泵腔的出水室。将水泵固定于发动机后，泵盖上的出水口与水套的分水管进水口对接。在泵壳的油封与轴承座孔之间设有泄水孔，当水封有少量的水滴泄漏时，可以从该孔泄出。若当发动机熄火后仍然有水泄出，则
8、应拆开水泵进行修理。,上一页,下一页,返回,6. 3冷却系统零部件,6. 3. 2散热器与膨胀水箱 散热器总成安装在车架上，用来对从发动机水套流出的高温冷却液进行散热，使之温度降低，继续循环使用。散热器由上水室、下水室和连接上、下水室的散热器芯组成。上水室设有水箱盖，但平时水箱盖不打开。上水室的进水管接头通过软管与水泵进水管连通。下水室设有放水开关，用来放掉散热器中的冷却液。散热器芯由很多纵向布置的连接上、下水室的扁平水管组成，水管间的间隙为气流通道，用来对水管内的冷却液进行冷却。为增大散热面积，在水管外面装入了很多横向散热片。,上一页,下一页,返回,6. 3冷却系统零部件,膨胀水箱用透明塑料
9、制成，安装位置高于散热器。膨胀水箱的上端通过出气管，分别与散热器上水室和发动机出水管连通，其下端通过补充水管与水泵进水口连通。膨胀水箱设有加液口，用来补充冷却液。 当冷却统产生蒸汽后，蒸汽从出水管或者散热器上水室进入膨胀水箱上部空间。由于膨胀水箱温度低，蒸汽冷凝。膨胀水箱还通过补充水管将冷却液送入水泵进水口，以保持水泵进水口处的高压。膨胀水箱可以使水气分离，避免冷却液的损失。同时，还可有效地防止柴油机汽缸套穴蚀的产生。,上一页,下一页,返回,6. 3冷却系统零部件,6. 3. 3节温器 节温器是一个由发动机冷却液温度控制的阀门，位于发动机缸盖出水管与软管连接处，用来控制冷却液的循环路线。目前，
10、发动机上采用蜡式节温器。 (1)节温器的结构 如图6 -3所示，节温器的上支架上有孔与通往散热器上水室的软管相通，下支架上有孔与出水管相通。出水管同时与通往水泵进水口的旁通管相通。上、下支架通过阀座连成一体，并固定于出水管内。上支架固定有中心杆，中心杆上套装有可以沿中心杆上下移动的感应体。主阀门位于感应体上部，用来控制出水管与软管之间的通路。副阀门位于感应体的下部，用来控制出水管与旁通管之间的通断。两个阀门通过弹簧单向固定于感应体，随感应体外壳同步移动。,上一页,下一页,返回,6. 3冷却系统零部件,(2)节温器的工作过程 当发动机温度很低时，感应体内的石蜡凝固成固态，体积缩小，弹簧的弹力将主
11、阀门连同感应体、副阀门一起向上推，直至主阀门完全关闭，副阀门完全打开。此时，出水管内的冷却液通过副阀门进入旁通阀，完全进行小循环，如图6-4所示。 当冷却液温度达到349 K时，石蜡随着温度升高而逐渐变成液态，体积随即增大。石蜡体积增大产生对胶管的推力，推力作用于中心杆锥面上，产生使胶管下移的作用力。在此力作用下，感应体与阀门下移，主阀门开始打开，副阀门开度开始缩小。此时，冷却液同时进行大、小循环。大、小循环的比例与冷却液温度有关，温度越高，主阀门开度越大，副阀门开度越小，大循环的冷却液也就越多。,上一页,下一页,返回,6. 3冷却系统零部件,6. 3. 4风扇离合器 风扇离合器位于冷却系统风
12、扇与驭动装置(水泵带轮)之间，用来根据发动机的工作温度控制风扇的转速。常见的风扇离合器有硅油风扇离合器和电磁风扇离合器，如图6-5所示。 (1)硅油风扇离合器 离合器的主动部分:主动轴通过螺栓固定于水泵皮带轮上，主动盘固定于主动轴的端面上。主动轴与主动盘形成离合器的主动部分，随水泵叶轮同步旋转。 离合器的从动部分:从动部分由离合器盖、离合器壳体和通过螺栓固定于前盖与离合器壳体之间的从动盘组成，风扇固定于离合器壳体上。离合器壳体通过轴承，支承于主动轴上。安装后的离合器，主动盘位于从动盘与离合器壳体之间的腔室内。主动盘的后端面通过密封毛毡圈与离合器壳体接触，前端面与从动盘有一定的间隙。,上一页,下
13、一页,返回,6. 3冷却系统零部件,感温器与阀片部分:在离合器前盖与从动盘之间，设有可以转动的阀片。阀片固定于阀片轴上，阀片轴伸出前盖，与双金属感温器连接。双金属感温器呈卷绕状，外端固定于前盖上，内端固定于阀片轴上。从动盘上设有进油孔，温度低于338 K时，阀片将进油孔封闭。 从动盘的边缘开有回油孔，中心部位有漏油孔。离合器主动盘与从动盘之间的间隙，被称为工作腔;从动盘与前盖之间的间隙，被称为储油腔，腔内充有硅油。,上一页,下一页,返回,6. 3冷却系统零部件,(2)硅油风扇离合器的工作原理 进油孔关闭:当发动机温度低于338 K时，阀片将进油孔关闭，工作腔内没硅油。此时，主动盘通过密封毛毡圈
14、带动离合器壳体和风扇缓慢旋转。 进油孔打开:当发动机温度高于338 K时，感温器产生变形，带动阀片轴和阀片旋转，将进油孔打开，储油腔内的硅油进入工作腔，旋转的主动盘通过硅油带动从动盘快速旋转起来。由于是液压传动，从动部分及风扇转速总是低于主动轴的转速。工作腔内的硅油受离心力的作用，被甩向工作腔外缘，通过回油孔回到储油腔内，储油腔内的硅油又通过进油孔补充到工作腔，因此硅油在工作腔与储油腔之间循环流动。,上一页,下一页,返回,6. 3冷却系统零部件,(3)电磁风扇离合器 离合器结构:离合器通过螺栓固定于水泵轴上。如图6-6所示，离合器的主动部分包括电磁壳体、电磁线圈和摩擦片，随水泵轴同步旋转。离合
15、器的从动部分包括固定成一体的风扇、风扇毂和衔铁环，通过轴承支承于电磁壳体上。导销固定于风扇毅上，衔铁环可以沿导销做一定的轴向移动，弹簧将衔铁环向风扇方向拉回。电磁线圈通过温控开关与电源接通。 离合器的工作原理:当发动机工作温度低时，温控开关的电源不通，电磁线圈没有电流通过，离合器处于分离状态，风扇不转。当发动机工作温度升高到使温控开关电路接通时，电磁线圈电路接通，产生磁力，将衔铁环吸向摩擦片并与摩擦片压紧，离合器接合，风扇与水泵轴同步旋转。,上一页,下一页,返回,6. 3冷却系统零部件,6. 3. 5风扇及皮带轮张紧装置 风扇位于散热器后面，旋转时产生的吸力，使通过散热器芯的气流速度显著增大，
16、从而提高了散热效果。风扇常用工程塑料冲压而成，有4个或者6个叶片，叶片平面与风扇旋转平面有一定的夹角。风扇叶片之间的夹角并不相等，主要是为了减少风扇的振动与噪声。为增大风扇的扇风能力，从而将风扇叶片端部弯曲;同时，在风扇周围设有护围。 曲轴通过V形带驱动水泵旋转。当工作一段时间后，由于橡胶带的长度增加，导致出现皮带打滑的现象，因此必须进行调整。通常，水泵带轮与发电机带轮共用一根皮带，发电机支架可以移动。调整皮带松紧度时，将发电机支架固定螺栓松开，将发电机外移。当发电机外移到使皮带的松紧度合适时，固定住发电机支架即可。,上一页,返回,6. 4冷却液的故障诊断与检修,6. 4. 1冷却系统常见故障的诊断与排除 (1)发动机过热 由于芯管大量折断、散热片大量倒伏等原因造成的散热器散热面积不足。 水泵泄漏严重或者叶轮脱落等造成的水泵工作能力下降，或者不工作。 水泵皮带调整不当使皮带过松。 节温器失效造成冷却液只能进行小循环。 风扇离合器硅油泄漏或者温控器失效，造成风扇转速过慢或者不能转动等。 由于各种原因造成的冷却
